KR100825708B1 - Heat exchanger for CO2 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화탄소와 같이 열교환기 내에서 계속적으로 온도가 하강해 자체 열흐름을 유발할 수 있는 유체를 냉매로 사용하는 열교환기에 있어, 열교환기 자체에서의 열흐름을 차단하면서도 내압특성이 우수할 뿐 아니라 냉매의 분포가 고르게 형성될 수 있도록 하기 위한 것으로, 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 각각 독립적이고 일렬로 배열된 적어도 둘 이상의 격실을 갖는 제 1,2 헤더파이프와, 내부로 냉매가 흐르며, 상기 제 1,2 헤더파이프의 마주하는 격실들을 서로 연통시켜 상기 연통되는 제 1,2헤더파이프의 격실들과 함께 적어도 둘 이상의 슬랩을 형성하는 복수 개의 방열 튜브와, 상기 제 1헤더파이프의 일측 단부에 위치한 격실에 형성된 냉매 유입관과, 상기 냉매 유입관으로부터 유입된 냉매가 상기 슬랩을 단위로 흐를 수 있도록 상기 냉매의 흐름에 따라 상기 제 1,2 헤더파이프에 형성되어 인접하는 격실을 서로 연통시키는 리턴 홀과, 상기 냉매의 흐름에 따라 상기 슬랩 중 최종의 슬랩을 구성하는 격실에 형성되어 냉매가 유출되도록 하는 냉매 유출관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기에 관한 것이다. 이 때, 상기 제 1,2 헤더 파이프에는 배플을 설치하여 냉매 흐름에 다단계의 패스를 형성할 수 있다.The present invention is a heat exchanger using a fluid as a refrigerant that can cause its own heat flow by continuously lowering the temperature in the heat exchanger, such as carbon dioxide, not only has excellent pressure resistance characteristics while blocking heat flow in the heat exchanger itself, In order to distribute the coolant evenly, the first and second header pipes having at least two or more compartments arranged in parallel and spaced apart from each other at predetermined intervals, and the refrigerant flows therein, A plurality of heat dissipation tubes forming at least two or more slabs together with the compartments of the first and second header pipes communicating with the facing compartments of the first and second header pipes, and one end of the first header pipe; Refrigerant inlet pipe formed in the compartment located in, and the refrigerant flowing from the refrigerant inlet pipe can flow in the unit of the slab The return holes are formed in the first and second header pipes so as to communicate adjacent compartments with each other according to the flow of the coolant, and the compartments forming the final slab among the slabs according to the flow of the coolant so that the coolant flows out. It relates to a heat exchanger comprising a refrigerant outlet pipe to be made. In this case, baffles may be installed in the first and second header pipes to form a multi-stage path in the refrigerant flow.
Description
도 1 및 2는 배플을 채용하지 않은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 사시도.1 and 2 are perspective views of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention without a baffle.
도 3a 및 도 3b는 배플을 채용한 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 사시도.3A and 3B are perspective views of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention employing a baffle.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 열교환기의 방열 튜브의 사시도.4a and 4b are perspective views of a heat dissipation tube of a heat exchanger according to the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 제 1헤더 파이프를 나타내는 부분 사시도.5 is a partial perspective view showing a first header pipe of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
도 6a, 6b 및 6c는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 제 2헤더 파이프의 실시예들을 나타내는 분해 사시도.6A, 6B and 6C are exploded perspective views illustrating embodiments of a second header pipe of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
도 7a는 도 1에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 작동 상태도.Figure 7a is an operating state diagram showing the refrigerant flow of the heat exchanger according to an embodiment of the present invention according to FIG.
도 7b는 도 3a에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 작동 상태도.Figure 7b is an operating state diagram showing the refrigerant flow of the heat exchanger according to an embodiment of the present invention according to Figure 3a.
도 7c는 도 3b에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 작동 상태도.Figure 7c is an operating state diagram showing the refrigerant flow of the heat exchanger according to an embodiment of the present invention according to Figure 3b.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※ Explanation of code for main part of drawing
10: 제 1헤더 파이프 12,14: 제 1,2격실10:
20: 제 2헤더 파이프 22,24: 제 3,4격실20:
11,21: 캡 29: 리턴 홀11, 21: Cap 29: Return hole
16,26: 배플 30: 냉매 유입관16, 26: baffle 30: refrigerant inlet pipe
40: 냉매 유출관 50: 방열 튜브40: refrigerant outlet tube 50: heat dissipation tube
50a,50b: 제 1,2 튜브 열 52: 미세관50a, 50b: first and second tube rows 52: microtubes
60: 방열핀60: heat sink fin
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소와 같이 초임계압력의 냉동사이클을 갖는 유체를 냉매로 사용하는 열교환기에 관한 것이다. The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to a heat exchanger using a fluid having a supercritical pressure refrigeration cycle, such as carbon dioxide as a refrigerant.
일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체와 온도가 낮은 유체가 열교환기 벽면을 통해 높은 온도에서 낮은 온도로 열을 전달함으로써 열교환을 행하는 장치이다. 이러한 열교환기를 구성요소로 하는 에어컨 시스템의 작동 매체로 지금까지는 주로 HFC 냉매가 사용되어 왔으나, 이러한 HFC 냉매는 지구 온난화의 주요 요인 중의 하나로 인식되어 그 사용에 대한 규제가 점차 확대되고 있다. 이러한 상황 하에서, HFC 냉매를 대체할 차세대 냉매로서 이산화탄소 냉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In general, a heat exchanger is a device in which a high temperature fluid and a low temperature fluid transfer heat from a high temperature to a low temperature through a heat exchanger wall surface to perform heat exchange. Although HFC refrigerants have been mainly used as an operating medium of air conditioner systems having such heat exchangers, such HFC refrigerants are recognized as one of the main factors of global warming, and regulations on their use are gradually being expanded. Under these circumstances, research on carbon dioxide refrigerants as a next generation refrigerant to replace HFC refrigerants has been actively conducted.
이러한 차세대 냉매의 대표주자인 이산화탄소는 지구 온난화 지수(GWP)가 대 표적인 HFC냉매인 R134a의 약 1300분의 1에 해당되며, 그 외에도 냉매로서 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 곧, 작동 압축비가 낮아 압축 효율이 우수하다는 점과, 열전달 성능이 매우 우수하여 2차 유체인 공기의 입구 온도와 냉매의 출구 온도 사이의 온도 차이가 기존의 냉매에 비해 훨씬 작아질 수 있다는 것이다. 이러한 장점을 이용하여 겨울철 낮은 외기 온도에서도 열을 뽑아 쓸 수 있으므로 여름철에는 냉방, 겨울철에는 난방 역할을 수행하는 히트펌프에도 적용 가능하다. Carbon dioxide, the representative of such next-generation refrigerants, corresponds to about one-third of R134a, which is a representative HFC refrigerant with a global warming index (GWP). In addition, it has the following advantages as a refrigerant. In other words, the compression ratio is excellent due to the low operating compression ratio, and the heat transfer performance is very good so that the temperature difference between the inlet temperature of the secondary fluid air and the outlet temperature of the refrigerant can be much smaller than that of the conventional refrigerant. This advantage can be used to extract heat at low outside temperatures in winter, so it can be applied to heat pumps that perform cooling in summer and heat in winter.
또한, 이산화탄소는 체적냉방능력(증발잠열×기체밀도)이 기존의 냉매인 R134a의 7 내지 8배에 달하기 때문에 압축기의 용량을 크게 줄일 수 있으며, 표면 장력이 작아서 비등열전달이 우수하고, 정압비열이 크고 점도가 낮아 열전달 성능이 뛰어나므로 냉매로서 우수한 열역학적 특성을 갖고 있다. 또한, 냉동사이클의 측면에서 살펴보면 개스 쿨링(Gas-cooling) 압력이 기존에 비해 6 ~ 8 배(약 90 ~ 130 bar) 높아서, 열교환기 내부에서의 냉매의 압력 강하로 인한 손실이 기존 냉매에 비해 상대적으로 작게 되는 바, 압력강하는 크지만 열전달 성능이 우수한 것으로 알려진 미세 채널의 열교환기 튜브를 사용할 수 있다.In addition, since the carbon dioxide has a volume cooling capacity (evaporative latent heat x gas density) of 7 to 8 times that of the conventional refrigerant R134a, the capacity of the compressor can be greatly reduced. This large and low viscosity has excellent heat transfer performance and therefore has excellent thermodynamic properties as a refrigerant. In addition, in terms of the refrigeration cycle, the gas-cooling pressure is 6 to 8 times higher (about 90 to 130 bar) than the conventional one, and the loss due to the pressure drop of the refrigerant inside the heat exchanger is higher than that of the conventional refrigerant. The relatively small pressure drop allows the use of microchannel heat exchanger tubes which are known to have a large but excellent heat transfer performance.
이렇게 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기는 크게 2가지 형태로 구분할 수 있는 데, 곧 멀티 패스(multi-pass)방식과 멀티 슬랩(multi-slab)방식이 그것이다. The heat exchanger using carbon dioxide as a refrigerant can be classified into two types, namely, a multi-pass method and a multi-slab method.
멀티 패스 방식은 헤더 파이프 내에 다수의 배플을 개재하여 튜브를 통해 유동되는 냉매의 패스 수를 증가시키는 것으로, 이는 열교환기 내에서의 냉매의 분포도는 좋으나 냉매가 쿨링될 때 냉매인 이산화탄소는 열교환기 내에서 응축과정이 없어 계속적으로 온도가 하강하게 되고, 이에 따라 열교환기 전체에서의 온도편차가 심해져 튜브와 핀을 통해 열교환기 표면을 따라 자체적으로 열흐름이 발생하는 문제가 생기게 된다. 이러한 열흐름은 냉매가 외부 유입공기와 열교환하는 것을 방해하게 되고 자연히 열교환 성능을 감소시키게 된다.The multi-pass method increases the number of passes of the refrigerant flowing through the tube through a plurality of baffles in the header pipe. The distribution of the refrigerant in the heat exchanger is good, but carbon dioxide, which is a refrigerant when the refrigerant is cooled, is in the heat exchanger. There is no condensation at, which leads to a continuous drop in temperature, resulting in a severe temperature deviation across the heat exchanger, resulting in the heat flow itself along the surface of the heat exchanger through tubes and fins. This heat flow prevents the refrigerant from exchanging heat with the external inlet air and naturally reduces the heat exchange performance.
멀티 슬랩 방식은 튜브가 배열된 열을 복수개로 하여 냉매가 이 튜브 열을 지남에 따라 열교환을 행하도록 하는 것으로, 이는 상기 멀티 패스 방식과 같은 열흐름은 차단할 수 있어 이산화탄소와 같은 고압에서 작동하는 냉매를 사용하는 열교환기에 있어서는 보다 우수한 구조로 알려져 있다. 그러나, 이러한 멀티 슬랩 방식의 열교환기는 각 슬랩을 연통하도록 파이프를 부착하여야 하나, 이는 고압에 취약한 구조를 갖는다. 또한 열교환기 내에서의 냉매의 분포가 상기 멀티 패스 방식에 비해 다소 떨어질 수 있게 된다.In the multi slab method, a plurality of rows of tubes are arranged so that the refrigerant exchanges heat as the tube passes through the heat of the tubes, which can block heat flow as in the multi-pass method, and thus the refrigerant operates at a high pressure such as carbon dioxide. In the heat exchanger using the is known as a better structure. However, such a multi-slab heat exchanger must attach a pipe to communicate each slab, but it has a structure vulnerable to high pressure. In addition, the distribution of the refrigerant in the heat exchanger may be slightly lower than the multi-pass method.
본 발명은 이산화탄소와 같이 고압하에서 작용하는 냉매를 열교환매체로 사용하는 열교환기의 한계를 극복하기 위한 것으로, 이산화탄소와 같이 열교환기 내에서 계속적으로 온도가 하강해 자체 열흐름을 유발할 수 있는 유체를 냉매로 사용하는 열교환기에 있어, 열교환기 자체에서의 열흐름을 차단하면서도 내압특성이 우수한 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to overcome the limitation of the heat exchanger using a refrigerant that operates under a high pressure, such as carbon dioxide as the heat exchange medium, the refrigerant that is capable of causing a self-heat flow due to the continuous drop in temperature in the heat exchanger, such as carbon dioxide In the heat exchanger to be used as an object, it is an object to provide a heat exchanger excellent in pressure resistance characteristics while blocking the heat flow in the heat exchanger itself.
본 발명의 다른 목적은 열교환기 내에서의 냉매의 분포가 고르게 형성될 수 있도록 하는 것이다. Another object of the present invention is to enable a uniform distribution of the refrigerant in the heat exchanger.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 각각 서로 결합된 헤더부와 탱크부로 이루어지고, 상기 탱크부에 일체로 형성된 격벽에 의하여 각각 독립적이고 지면에 수직한 방향으로 연장되어 일렬로 배열된 적어도 둘 이상의 격실을 갖는 제 1,2 헤더파이프와, 상기 각 헤더부에 결합된 것으로, 내부로 이산화탄소 냉매가 흐르며, 상기 제 1,2 헤더파이프의 마주하는 격실들을 서로 연통시키도록 지면에 수평하게 배열되고, 상기 연통되는 제 1,2헤더파이프의 격실들과 함께 적어도 둘 이상의 슬랩을 형성하는 복수 개의 방열 튜브와, 상기 제 1헤더파이프의 일측 단부에 위치한 격실에 형성된 냉매 유입관과, 상기 격벽에 형성된 것으로, 상기 냉매 유입관으로부터 유입된 냉매가 상기 슬랩을 단위로 흐를 수 있도록 상기 냉매의 흐름에 따라 상기 제 1,2 헤더파이프의 인접하는 격실을 서로 연통시키는 리턴 홀과, 상기 냉매의 흐름에 따라 상기 슬랩 중 최종의 슬랩을 구성하는 격실에 형성되어 냉매가 유출되도록 하는 냉매 유출관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이산화탄소용 열교환기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is arranged in parallel spaced apart from each other by a predetermined interval, each consisting of a header portion and a tank portion coupled to each other, each independently by a partition wall formed integrally with the tank portion and are perpendicular to the ground First and second header pipes having at least two compartments extending in one direction and arranged in a line, and coupled to each of the header parts, in which carbon dioxide refrigerant flows, and opposing compartments of the first and second header pipes; A plurality of heat dissipation tubes arranged horizontally on the ground to communicate them with each other, and forming at least two or more slabs together with the compartments of the first and second header pipes in communication with each other, and a compartment located at one end of the first header pipe; A coolant inlet pipe formed in the outlet and the partition wall, and the coolant flowing from the coolant inlet pipe flows in units of the slab. A return hole for communicating adjacent compartments of the first and second header pipes with each other according to the flow of the refrigerant, and a compartment forming a final slab among the slabs according to the flow of the refrigerant to allow the refrigerant to flow out It provides a heat exchanger for carbon dioxide comprising a refrigerant outlet pipe.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서로 결합된 헤더부와 탱크부로 이루어지고, 상기 탱크부에 일체로 형성된 격벽에 의해 서로 독립된 제 1 및 제 2 격실을 갖고, 지면에 수직한 방향으로 배열된 제 1헤더 파이프와, 서로 결합된 헤더부와 탱크부로 이루어지고, 상기 제 1헤더 파이프와 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 탱크부에 형성된 격벽에 의해 서로 독립되고 상기 제 1 및 제 2격실과 각각 대향되는 제 3 및 제 4격실을 갖고, 상기 격벽에 형성되어 상기 제 3 및 제 4격실을 서로 연통시키는 리턴 홀을 구비한 제 2헤더 파이프와, 상기 제 1격실과 제 3격실을 연통시키고, 상기 제 2격실과 제 4격실을 연통시키도록 지면에 수평하게 배치되고, 내부로 이산화탄소 냉매가 흐를 수 있도록 형성된 복수개의 방열 튜브와, 상기 제 1격실에 형성되어 냉매가 유입되는 냉매 유입관과, 상기 제 2격실에 형성되어 냉매가 유출되는 냉매 유출관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이산화탄소용 열교환기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is composed of a header portion and a tank portion coupled to each other, having a first and second compartments independent of each other by a partition wall formed integrally with the tank portion, in a direction perpendicular to the ground The first header pipe is arranged, the header portion and the tank portion coupled to each other, and are arranged in parallel with the first header pipe at a predetermined interval, and are separated from each other by a partition wall formed in the tank portion. A second header pipe having third and fourth compartments opposed to two compartments, each having a return hole formed in the partition wall and communicating the third and fourth compartments with each other; and the first compartment and the third compartment. A plurality of heat dissipation tubes arranged horizontally on the ground to communicate the second compartment and the fourth compartment, and configured to allow carbon dioxide refrigerant to flow therein; Is formed in the chamber is formed in the refrigerant introducing pipe and the second refrigerant inlet compartment provides a heat exchanger for carbon dioxide, characterized in that formed, including the refrigerant outlet pipe is a refrigerant leak.
이와 같은 열교환기들에 있어서는 상기 냉매와 열교환을 일으키는 공기는 상기 냉매 유출관이 형성된 방향으로부터 흘러 들어갈 수 있도록 배치시킬 수 있다.In such heat exchangers, air causing heat exchange with the refrigerant may be arranged to flow in from the direction in which the refrigerant outlet pipe is formed.
본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서로 결합된 헤더부와 탱크부로 이루어지고, 상기 탱크부에 일체로 형성된 격벽에 의해 서로 독립된 제 1 및 제 2 격실을 갖고, 지면에 수직한 방향으로 배열된 제 1헤더 파이프와, 서로 결합된 헤더부와 탱크부로 이루어지고, 상기 제 1헤더 파이프와 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 탱크부에 형성된 격벽에 의해 서로 독립되고 상기 제 1 및 제 2격실과 각각 대향되는 제 3 및 제 4격실을 갖고, 상기 격벽에 격벽의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 상기 제 3 및 제 4격실을 서로 연통시키는 리턴 홀을 구비한 제 2헤더 파이프와, 상기 제 1격실과 제 3격실을 연통시키고, 상기 제 2격실과 제 4격실을 연통시키도록 지면에 수평하게 배치되고, 내부로 이산화탄소 냉매가 흐를 수 있도록 형성된 복수개의 방열 튜브와, 상기 제 1헤더 파이프에 형성되어 상기 냉매가 유입되는 냉매 유입관과, 상기 제 1헤더 파이프에 형성되어 상기 냉매가 유출되는 냉매 유출관과, 상기 제 1,2 헤더 파이프에 설치되어 상기 격실들 중 적어도 둘 이상의 격실을 폐쇄시켜 상기 냉매의 흐름에 다단계 경로를 설정할 수 있도록 형성된 복수개의 배플을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이산화탄소용 열교환기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention also comprises a header portion and a tank portion coupled to each other, and having first and second compartments independent of each other by partition walls integrally formed with the tank portion, and perpendicular to the ground. The first header pipe and the header portion and the tank portion coupled to each other, and are arranged parallel to the first header pipe spaced apart from the first header pipe, and separated from each other by a partition wall formed in the tank portion and the first and A second header pipe having third and fourth compartments facing the second compartment, the second header pipe being provided over the entire length of the partition wall and having a return hole communicating the third and fourth compartments with each other; A plurality of the first compartment and the third compartment to communicate with each other, the second compartment and the fourth compartment is arranged horizontally on the ground, a plurality of formed to allow the carbon dioxide refrigerant flow inside A heat dissipation tube, a coolant inlet tube formed in the first header pipe, into which the coolant flows, a coolant outlet tube formed in the first header pipe and outflow of the coolant, and installed in the first and second header pipes; It provides a heat exchanger for carbon dioxide, comprising a plurality of baffles formed to close at least two of the compartments to establish a multi-stage path to the flow of the refrigerant.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제 2헤더 파이프에 형성된 배플은 상기 제 3격실과 제 4격실을 동시에 폐쇄시키는 형상이고, 상기 제 1헤더 파이프에 형성된 배플은 상기 제 1격실 또는 상기 제 2격실을 단독으로 폐쇄시키는 형상이 되도록 할 수 있다.According to another feature of the invention, the baffle formed in the second header pipe is a shape that closes the third compartment and the fourth compartment at the same time, the baffle formed in the first header pipe is the first compartment or the second compartment. It can be made to be a shape to close independently.
이 때, 상기 제 2헤더 파이프에 형성된 배플에 의해 상기 리턴 홀을 통해 리턴되는 냉매의 흐름은 상기 제 2헤더 파이프의 길이 방향을 따라 짝수 개가 형성되도록 할 수 있으며, 상기 냉매 유입관 및 냉매 유출관은 모두 상기 제 1격실에 형 성되도록 할 수 있다. At this time, the flow of the refrigerant returned through the return hole by the baffle formed in the second header pipe may be an even number along the longitudinal direction of the second header pipe, the refrigerant inlet pipe and the refrigerant outlet pipe All may be formed in the first compartment.
또한 상기 제 2헤더 파이프에 형성된 배플에 의해 상기 리턴 홀을 통해 리턴되는 냉매의 흐름은 상기 제 2헤더 파이프의 길이 방향을 따라 홀수 개가 형성되도록 할 수 있으며, 이 때 상기 냉매 유입관 및 냉매 유출관은 각각 상기 제 1격실 및 제 2격실에 형성되도록 할 수 있다.In addition, the flow of the refrigerant returned through the return hole by the baffle formed in the second header pipe may allow an odd number to be formed along the length direction of the second header pipe, wherein the refrigerant inlet pipe and the refrigerant outlet pipe are May be formed in the first compartment and the second compartment, respectively.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 리턴 홀은 상기 제 2헤더 파이프를 따라 등간격으로 배설된 적어도 둘 이상의 홀로 이루어지도록 할 수 있으며, 또는 상기 제 2헤더 파이프의 길이방향을 따라 형성된 단일의 홀로 이루어지도록 할 수 있다.According to another feature of the invention, the return hole may be made of at least two or more holes arranged at equal intervals along the second header pipe, or as a single hole formed along the longitudinal direction of the second header pipe Can be done.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면들에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기는 상술한 바와 같은 멀티 슬랩 방식의 열교환기를 별도의 튜브없이 단일의 헤더와 탱크로서 구현한 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. As can be seen in the accompanying drawings, the heat exchanger according to the present invention is implemented as a single header and tank without a separate tube heat exchanger of the multi-slab type as described above.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도로, 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 열교환기는 제 1,2격실(12)(14) 및 제 3,4격실(22)(24)를 각각 구비한 제 1헤더 파이프(10)와 제 2헤더 파이프(20)를 가지며, 각 헤더파이프(10)(20)는 상하부가 캡(11)(21)으로 밀봉된다. 그리고, 이들 제 1헤더 파이프(10)와 제 2헤더 파이프(20)의 사이에는 복수개의 방열 튜브(50)들이 배설되어 냉매가 유통되도록 하며, 방열 튜브(50)들 간에는 방열 핀(60)이 설치되어 튜브(50) 내를 흐르는 냉매가 제 2열교환매체인 공기와 열교환을 원활히 할 수 있 도록 한다. 또한 제 1헤더 파이프(10)의 제 1격실(12)에는 냉매 유입관(30)이 설치되고, 제 2격실(14)의 하부에는 냉매 유출관(40)이 설치된다. 제 2헤더 파이프(20)의 제 3격실(22)과 제 4격실(24)은 후술하는 바와 같이 서로 연통되도록 한다.1 is a perspective view of a heat exchanger according to a preferred embodiment of the present invention, as can be seen in the figure, the heat exchanger of the present invention, the first and
이렇게 구성된 열교환기에 있어서, 상기 격실들과 방열튜브들은 슬랩을 형성하게 되는 데, 제 1격실(12)과 제 3격실(22)을 연통하는 제 1 튜브 열(50a)과 이들 제 1,3격실(12)(22)이 하나의 슬랩을 형성하고, 제 2격실(14)과 제 4격실(24)을 연통하는 제 2튜브 열(50b)과 이들 제 2,4격실(14)(24)이 또 하나의 슬랩을 형성한다. 따라서 제 1격실(12)에 부착된 냉매 유입관(30)을 통해 유입된 냉매는 상기 제 1,3격실(12)(22) 및 제 1 튜브 열(50a)로 이루어진 슬랩을 통해 열교환이 이뤄지며, 제 2헤더파이프(20)에서 리턴되어 상기 제 2,4격실(14)(24) 및 제 2 튜브 열(50b)로 이루어진 슬랩을 통해 다시 열교환이 이뤄진 후 제 2격실(14)에 구비된 냉매 유출관(40)을 통해 유출되는 것이다. 이 때, 도 1에서 볼 수 있듯이, 이러한 열교환기는 공기가 냉매의 유출관(40)이 설치되어 있는 측으로부터 유입되도록 하는 것이 전체적 열교환 효율을 높일 수 있게 되므로, 열교환기를 냉매 유출관(40)이 공기가 들어오는 방향을 향하도록 배치시키는 것이 바람직하다.In the heat exchanger configured as described above, the compartments and the heat dissipation tubes form a slab, the
도 2는 상기와 같은 슬랩을 하나 더 구비한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 것으로, 제 1헤더 파이프(10) 및 제 2헤더 파이프(20)가 각각 제 5,6격실(15)(25)을 더 구비하도록 하여, 이 격실들(15)(25)에도 튜브(50)가 형성되도록 할 수 있다. 이 제 5,6격실(15)(25)과 이를 연통시키는 제 3튜브열(50c)이 또 다른 슬랩을 구성하게 된다. 따라서 냉매는 상기 첫 번째 슬랩(12)(22)(50a)을 지나 리턴된 후, 두 번째 슬랩(14)(24)(50b)을 지나 다시 리턴된 후, 세 번째 슬랩(15)(25)(50c)을 지나면서 유출된다. 이 때 냉매 유출관(40)은 제 6격실(25)에 설치된다. 그리고, 제 2헤더 파이프(20)의 제 3,4격실(22)(24)의 연통뿐 아니라, 제 1헤더 파이프(10)의 제 2격실(14)과 제 5격실(15)은 서로 연통되어 진다. 이 때에도 상술한 실시예에서와 같이 열교환기는 공기가 유입되는 방향으로 냉매 유출관(40)이 부착된 슬랩이 향하도록 배치시킨다.Figure 2 shows a heat exchanger according to another embodiment of the present invention having one more slab as described above, wherein the
상기와 같은 구성은 격실이 더 구비되어 복수의 슬랩을 구성하는 열교환기에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.Such a configuration may be applied to the heat exchanger constituting a plurality of slabs further provided with a compartment, of course.
한편, 본 발명의 상기와 같은 열교환기에서 채용될 수 있는 튜브(50) 및 제 1,2헤더 파이프(10)(20)의 구조를 설명하면 다음과 같다. 하기 설명될 튜브(50) 및 제 1,2헤더 파이프(10)(20)의 구조는 본 발명의 모든 실시예에 적용될 수 있다.Meanwhile, the structures of the
먼저, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 독립된 격실들을 연통시켜 주는 튜브 열(50a)(50b)들은 각각 분리되어 있는 데, 이는 도 4a에서 볼 수 있듯이, 제 1튜브열(50a)을 이루는 튜브와 제 2튜브열(50b)을 이루는 튜브 사이에 아무런 연결부재 없이 분리되어 지도록 할 수 있으며, 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1튜브열(50a)을 이루는 튜브와 제 2튜브열(50b)을 이루는 튜브 사이에 브릿지가 형성되어 제조 단계에서 이를 일체로 형성할 수 있다. 또한 각 튜브들(50)의 내부는 복수의 미세관(52)으로 형성하여, 내부를 흐르는 냉매, 특히 이산화탄소 냉매의 열교환 효율이 좋도록 할 수 있다.First, as can be seen in FIG. 1, the
도 5는 도 1에서 제 1헤더 파이프(10)를 보다 상세히 나타낸 부분 사시도이 다. 그림과 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서의 제 1헤더 파이프(10)는 독립된 제 1격실(12)와 제 2격실(14)를 구비하며, 이들은 서로 연통되지 않도록 한다. FIG. 5 is a partial perspective view illustrating the
이러한 제 1헤더 파이프(10)는 제 1탱크부(18)와 제 1헤더부(17)로 이루어지며, 이를 브레이징 공정 등의 방법으로 결합시킬 수 있다. 특히 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기에 있어서, 헤더 파이프는 고압에서 견딜 수 있도록 할 필요가 있기 때문에, 본 발명에 있어 헤더부는 프레스에 의해, 탱크부는 압출에 의해 제조하여 브레이징으로 결합한다. 이때, 브레이징성을 향상시키기 위하여 탱크와 헤더의 적어도 일측에는 코킹부를 형성하여 코킹 결합시킨 후 브레이징을 행할 수 있다. 헤더부(17)에는 도 1과 같이 튜브열들(50a)(50b)이 결합될 수 있도록 복수개의 체결 홈(13)이 각 격실(12)(14)에 형성된다.The
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 도 1에 도시된 본 발명의 열교환기의 제 2헤더 파이프(20)의 실시예들을 나타낸 분해 사시도이다. 6A, 6B and 6C are exploded perspective views showing embodiments of the
그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 제 2헤더 파이프(20)는 제 3격실(22)와 제 4격실(24)를 구비하며, 이들은 리턴 홀(29)을 통해 서로 연통되도록 한다. 제 2헤더 파이프(20)도 각 격실에 튜브열들을 결합할 수 있도록 복수개의 체결홈(23)이 형성되어 있는 제 2헤더부(27)와 길이방향으로 리턴 홀(29)이 형성되어 있는 제 2탱크부(28)를 각각 프레스와 압출의 방법으로 제조하여 브레이징에 의해 결합할 수 있다. 물론 이 때에도 상기 제 1헤더 파이프에서와 같이 헤더와 탱크 중 적어도 일측에 코킹부를 형성하여 코킹 결합을 한 후 브레이징을 할 수 있다. 제 3격실(22)와 제 4격실(24)를 연통시키는 리턴 홀(29)의 형상은 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이, 리턴 홀(29)들이 복수개의 직사각형 홈의 형상으로 그 길이 방향을 따라 형성될 수도 있으며, 도 6b에서 볼 수 있듯이, 단일의 홈으로 형성될 수도 있다. 그리고, 고압의 냉매에 대해 보다 견고한 결합을 유지할 수 있도록 도 6c에서 볼 수 있듯이, 홀 형상으로 형성할 수도 있다.As can be seen in the figure, the
상기와 같은 제 1헤더 파이프(10)와 제 2헤더 파이프(20)의 형상 및 구조는 본 발명의 기술적 사상이 미치는 범위 내에서 다양하게 변형이 가능하다. The shape and structure of the
우선, 상기 설명한 바와 같은 제 1헤더 파이프(10)와 제 2헤더 파이프(20)는 도 1과 후술하는 도 3a 및 도 3b와 같은 실시예에 있어서는 그대로 적용될 수 있다. 뿐만 아니라, 이 실시예에 있어서는 제 1헤더파이프(10)의 제 1격실(12)과 제 2격실(14)은 서로 독립되어져 연통이 되지 않으므로 이를 헤더와 파이프의 투피스(two pieces)로 분리하여 결합시키지 않고, 일체형으로 제작할 수 있다. First, the
또한 도 2와 같은 실시예에 있어서는 별도로 도시하지는 않았지만, 도 2에서 볼수 있는 바와 같이, 제 1헤더 파이프(10)가 제 1,2,5격실(12,14,14')을 구비하고, 이중 제 2격실(14)과 제 5격실(14')은 서로 연통되어짐으로 이들 제 2격실(14)과 제 5격실(14')의 결합구조는 도 6a 내지 도 6c에서 설명한 바와 같은 리턴 홀이 구비되어야 한다. 또한 제 2헤더 파이프(20)에 있어서도 제 3격실(22)과 제 4격실(24)은 상기 도 6a 내지 도 6c에서와 같이 리턴 홀에 의해 연통되어지나, 제 4격실(24)과 제 6격실(24')은 서로 연통되지 않아야 하므로 도 5와 같은 구조를 나타내야 한다.
In addition, although not shown separately in the embodiment as shown in FIG. 2, as can be seen in FIG. 2, the
다음으로, 이러한 멀티 슬랩형의 열교환기에 있어 다소 취약할 수 있는 냉매의 분포도를 높이기 위한 본 발명의 또다른 실시예에 대해 설명한다. Next, another embodiment of the present invention for increasing the distribution of the refrigerant that may be somewhat weak in such a multi-slab type heat exchanger will be described.
도 3a 및 도 3b는 도 1과 같이 2단 슬랩으로 구성된 열교환기에 있어서 배플을 더 부가시켜 냉매의 흐름에 다중 패스(pass)를 준 것이다. 이하 설명될 열교환기의 구조는 도 1의 구성과 배플 및 냉매 유출관(40)의 구성이 다를 뿐이므로, 이를 중심으로 설명한다.3a and 3b is to add a baffle in the heat exchanger consisting of a two-stage slab as shown in FIG. 1 to give multiple passes to the flow of the refrigerant. The structure of the heat exchanger to be described below is different from the configuration of the baffle and the
먼저 도 3a에서 볼 수 있는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환기는 도 1과 같은 열교환기 구조에 있어, 제 1,2헤더 파이프(10)(20)에 각각 배플(16)(26)을 설치한 것이다. 제 1헤더 파이프(10)에는 제 1격실(12)만을 폐쇄시키는 단일 배플(16)이 설치되며, 제 2헤더 파이프(20)에는 제 3,4격실(22)(24)을 동시에 폐쇄시키는 상기 단일 배플(16)의 형성위치보다 하부측으로 쌍 배플(26)이 형성된다. 여기서 단일 배플(16)은 헤더 파이프에 구비된 두 개의 격실 중 하나의 격실에만 형성되는 것을 말하며, 쌍 배플(26)은 헤더 파이프에 구비된 두 개의 격실을 동시에 모두 폐쇄시키는 것을 말한다. 이렇게 제 2헤더 파이프(20)에 형성된 배플(26)로 말미암아 제 2헤더 파이프(20)를 리턴하는 냉매의 패스는 두 개가 될 수 있고, 만일 제 2헤더 파이프(20)에 쌍 배플(26)을 3개 설치했을 경우에는 냉매의 리턴 패스는 네 개가 된다. 곧, 제 2헤더 파이프(20)에 쌍 배플(26)을 홀수 개 설치했을 때에는 냉매의 리턴 패스는 짝수개가 나오게 되고, 이러한 구성의 열교환기에 있어서는 도 3a에서 볼 수 있듯이 냉매 유출관(40)이 냉매 유입관(30)과 동일한 격실에 설치된다.
First, the heat exchanger according to the preferred embodiment of the present invention, which can be seen in FIG. 3A, has a
이러한 구조의 열교환기에 있어서, 제 1헤더 파이프(10)의 구조는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 제 1격실(12)과 제 2격실(14)이 서로 분리된 구조로 헤더(17)와 탱크(18)를 브레이징 공정으로 제조할 수도 있으며, 이를 일체로 제조할 수도 있다. 또한 제 2헤더 파이프(20)의 구조는 도 6a 내지 도 6c에서 볼 수 있는 바와 같이 리턴 홀을 구비하여 제 3격실(22)과 제 4격실(24)이 서로 연통되도록 한다. In the heat exchanger having such a structure, the
다음으로, 도 3b에 나타난 열교환기는 제 2헤더 파이프(20)에 두 개의 쌍 배플(26)(26')을 형성하여 냉매의 리턴 패스가 세 개가 나타나도록 한 것이다. 이 때, 제 1헤더 파이프(10)에는 제 1격실(12)과 제 2격실(14)에 각각 단일 배플(16)(16')을 형성한다. 그리고, 냉매 유출관(40)은 냉매 유입관(30)이 설치된 격실(12)과 다른 격실인 제 2격실(14)에 설치된다. 이렇게 제 2헤더 파이프에서 냉매의 리턴 패스가 홀수 개 나타날 때에는 냉매 유입관(30)과 냉매 유출관(40)은 서로 다른 격실에 부착되게 된다. 하지만, 이들 도 3a 및 도 3b에 나타난 실시예들의 경우, 냉매의 리턴 패스 수와는 관계없이 냉매 유입관(30) 및 냉매 유출관(40)은 모두 제 1헤더 파이프(10)에 형성된다.Next, the heat exchanger shown in FIG. 3B forms two pairs of
다음으로, 상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 작용에 대해 설명한다.Next, the operation of the present invention having the above configuration will be described.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 각각 도 1, 도 3a 및 도 3b에서 나타낸 본 발명의 서로 다른 일 실시예들로 그 내부를 흐르는 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.7A, 7B, and 7C are diagrams illustrating the flow of a refrigerant flowing therein according to different embodiments of the present invention shown in FIGS. 1, 3A, and 3B, respectively.
먼저, 도 7a에 나타난 바와 같은 열교환기에 있어서는 제 1격실(12)에 형성된 냉매 유입관(30)을 통해 유입된 냉매가 제 1격실(12) 전체로 충전되고, 이 냉매 가 제 1튜브열(50a)을 통해 제 2헤더 파이프(20)의 제 3격실(22)로 흐르게 된다. 제 3격실(22)에 유입된 냉매는 제 3격실(22)과 제 4격실(24)을 연통시켜 주는 리턴 홀을 통해 제 4격실로 리턴되며, 제 2튜브열(50b)을 통해 제 2격실(14)로 유입된다. 이렇게 제 2격실(14)로 유입된 냉매는 냉매 유출관(40)을 통해 유출된다. 이 때 냉매와 열교환을 행하게 될 공기는 제 2튜브열(50b) 쪽으로부터 유입되면서 제 2튜브열(50b)을 흐르는 냉매와 먼저 열교환을 행하게 되고, 온도가 어느 정도 상승한 공기와 제 1튜브열(50a)이 열교환을 하게 됨에 따라 제 1튜브열(50a)과 제 2튜브열(50b)의 온도차가 크지 않도록 하여, 이들 제 1튜브열(50a)과 제 2튜브열(50b) 사이에서 냉매간에 열교환을 일으키는 일이 없도록 할 수 있다. 따라서 열교환기의 열교환효율은 전체적으로 증가할 수 있게 된다.First, in the heat exchanger as shown in FIG. 7A, the refrigerant introduced through the
도 7b에서 볼 수 있는 바와 같은 열교환기에서는 제 1헤더 파이프(10)의 제 1격실(12)에 결합되어 있는 냉매 유입관(30)을 통해 유입된 냉매가 제 1격실(12)에 형성되어 있는 단일 배플(16)에 의해 하부로 흐르는 것이 차단된 체로, 제 2헤더 파이프(20)의 제 3격실(22)로 제 1튜브열(50a)을 통해 흐르게 된다. 이 냉매가 제 2헤더 파이프(20)에서 제 3,4격실(22)(24)을 서로 연통시키는 리턴 홀을 통해 제 4격실(24)로 리턴되며, 동시에 제 2헤더 파이프(20)의 제 3,4격실(22)(24)에 함께 형성되어 있는 쌍 배플(26)에 의해 하부로 흐르는 것이 차단되어 제 2튜브열(50b)로 흘러 제 1헤더 파이프(10)의 제 2격실(14)로 흐르게 된다. 제 2튜브열(50b)을 따라 흘러들어 온 냉매는 제 2격실(14)에 배플이 형성되어 있지 않으므로, 최하부까지 흘러가고, 여기서 다시 제 2헤더 파이프(20)의 제 4격실(24)로 제 2튜브열(50b)을 거쳐 흐른다. 제 4격실(24)의 하부측에 유입된 냉매는 리턴 홀을 통해 다시 제 3격실(22)로 리턴되어 제 1튜브열(50a)을 거쳐 제 1격실(12)로 유입되고, 제 1격실(12)에 결합되어 있는 냉매 유출관(40)을 통해 열교환기 밖으로 유출된다. In the heat exchanger as shown in FIG. 7B, the refrigerant introduced through the
다음으로, 도 7c에서 볼 수 있는 바와 같은 열교환기에서는 제 1헤더 파이프(10)의 제 1격실(12)와 제 2격실(14)에 각각 단일 배플(16)(16')이 형성되고, 제 2헤더 파이프(20)에는 두 개의 쌍 배플(26)(26')이 형성된다. 이러한 구조의 열교환기에 있어, 제 1격실(12)에 결합되어 있는 냉매 유입관(30)을 통해 유입된 냉매는 이 제 1격실(12)에 형성되어 있는 단일 배플(16)에 의해 하부로 흐르는 것이 차단된 체로 제 2헤더 파이프(20)의 제 3격실(22)로 제 1튜브열(50a)을 통해 흐르게 된다. 제 2헤더 파이프(20)에서 냉매는 리턴 홀을 통해 제 4격실(24)로 리턴되며, 동시에 제 2헤더 파이프(20)의 제 3,4격실(22)(24)에 함께 형성되어 있는 첫 번째 쌍 배플(26)에 의해 하부로 흐르는 것이 차단되어 제 2튜브열(50b)로 흘러 제 1헤더 파이프(10)의 제 2격실(14)로 흐르게 된다. 냉매는 다시 제 2격실(14)에 형성된 단일 배플(16')에 의해 하부로의 흐름이 차단되어 제 2튜브열(50b)을 거쳐 다시 제 4격실(24)로 흘러가고, 여기서 두 번째의 쌍 배플(26')에 의해 하부로의 흐름이 차단된 체 리턴되어 제 3격실(22)로 흘러간다. 제 3격실(22)로부터 제 1튜브열(50a)을 거쳐 다시 제 1격실(12)로 유입된 냉매는 제 1격실(12)의 최하부까지 흘러가고, 다시 제 2헤더 파이프(20)의 제 3격실(22)로 제 1튜브열(50a)을 거쳐 흐르게 된다. 제 3격실(22)에 유입된 냉매는 리턴 홀을 통해 제 4격실(24)로 리턴되 어 제 2튜브열(50b)을 거쳐 제 2격실(14)로 유입되고, 제 2격실(14)에 결합되어 있는 냉매 유출관(40)을 통해 열교환기 밖으로 유출된다. Next, in the heat exchanger as shown in FIG. 7C,
이들 도 7b 및 도 7c와 같은 열교환기에서는 열교환기 전체에 걸쳐 냉매의 분포도 원활히 할 수 있음과 동시에 상기 도 7a와 같은 멀티 슬랩 방식을 채용하고 있어, 열교환 효율도 우수하게 할 수 있다.In these heat exchangers as shown in Figs. 7B and 7C, it is possible to smoothly distribute the refrigerant throughout the heat exchanger, and also adopt the multi-slap method as shown in Fig. 7A, so that the heat exchange efficiency can be excellent.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 이산화탄소 냉매가 열교환기의 튜브를 흐르면서 서로간에 열교환함에 따라 외부 공기와의 열교환효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention as described above, as the carbon dioxide refrigerant heat exchanges with each other while flowing through the tube of the heat exchanger, it is possible to prevent the heat exchange efficiency with the outside air is lowered.
또한 이산화탄소와 같은 고압에서 작동하는 냉매에서도 우수한 내압특성을 나타낼 수 있으며, 헤더 파이프 전체에 걸쳐 냉매 량의 분포를 고르게 할 수 있다.In addition, even a refrigerant operating at a high pressure such as carbon dioxide can exhibit excellent pressure resistance characteristics, it is possible to evenly distribute the amount of refrigerant throughout the header pipe.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다. 따라서 본원 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해질 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, it will be understood that various modifications and other embodiments are possible to those skilled in the art. Therefore, the protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
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2001
- 2001-09-29 KR KR1020010060973A patent/KR100825708B1/en active IP Right Grant
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